JP2014028027A - Ultrasonic diagnostic apparatus, switching control program and switching control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、デュアル3レベルパルサを有する超音波診断装置と、デュアル3レベルパルサを制御するためのスイッチング制御プログラムおよびスイッチング制御方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to an ultrasonic diagnostic apparatus having a dual 3-level pulser, a switching control program and a switching control method for controlling the dual 3-level pulser.
超音波診断装置は、超音波プローブの振動子を駆動して超音波を発生させるためのパルサ(pulser)回路を有する。通常、パルサ回路には、電圧レベルが3種類の3レベルパルサ回路が用いられている。また、2つのモード(Bモード及びドプラモード)を時分割走査する場合には、デュアルパルサ回路が用いられる。デュアルパルサ回路には、2種類の超音波送信用電源から印加される2種類の高電圧が印加される。 The ultrasonic diagnostic apparatus has a pulsar circuit for generating an ultrasonic wave by driving a transducer of an ultrasonic probe. Usually, a three-level pulser circuit having three voltage levels is used for the pulser circuit. In addition, a dual pulser circuit is used when time-division scanning is performed in two modes (B mode and Doppler mode). Two types of high voltages applied from two types of ultrasonic transmission power sources are applied to the dual pulser circuit.
また、パルサ回路として、電圧レベルが5種類の5レベルパルサ回路が用いられることもある。5レベルパルサ回路を用いてチャンネルごとに送信振幅を制御することにより、疑似ガウシアン(Gaussian)送信、送信アポダイゼイション(Apodization)、2つの送信音場を重ね合わせた2方向同時送信(2TxBeams)および2焦点同時送信などが実施されている。 Further, as the pulsar circuit, a five-level pulsar circuit having five kinds of voltage levels may be used. By controlling the transmission amplitude for each channel using a five-level pulsar circuit, pseudo Gaussian transmission, transmission apodization, two-way simultaneous transmission in which two transmission sound fields are superimposed (2TxBeams), and Bifocal simultaneous transmission is being implemented.
疑似ガウシアン送信、送信アポダイゼイション、2方向同時送信および2焦点同時送信などを実現するための5レベルパルサ回路の実現には、例えば、以下の3種類の方法が知られている。第1の方法は、5レベル専用回路またはリニアドライバ(高電圧DAC)を(以下、5レベルパルサと呼ぶ)用いる方法である。このとき、5レベルパルサへの送信制御信号の入力本数は3本である。5レベルパルサからの出力は、正負4種類の高電圧(±2、±1)とゼロ電圧の5レベルである。 For example, the following three methods are known for realizing a five-level pulser circuit for realizing pseudo-Gaussian transmission, transmission apodization, two-way simultaneous transmission, two-focus simultaneous transmission, and the like. The first method uses a five-level dedicated circuit or a linear driver (high voltage DAC) (hereinafter referred to as a five-level pulser). At this time, the number of transmission control signals input to the 5-level pulser is three. The output from the 5-level pulser is 5 levels of 4 types of positive and negative high voltages (± 2, ± 1) and zero voltage.
第2、第3の方法は、例えば図7に示すように、デュアル3レベルパルサ回路を用いる方法である。第2の方法は、デュアル3レベルパルサ回路の出力において、高電圧信号の加算回路を設ける方法である。第3の方法は、デュアル3レベルパルサ回路への送信制御信号の入力本数は4本である。 The second and third methods are methods using a dual three-level pulser circuit, for example, as shown in FIG. The second method is a method of providing a high voltage signal adding circuit at the output of the dual three-level pulser circuit. In the third method, the number of transmission control signals input to the dual three-level pulser circuit is four.
しかしながら、上記第1乃至第3の方法には、以下のような問題がある。第1、第2の方法においてはパルサ回路の規模が大きくなる。このため、多チャンネルの送信回路としての超音波診断装置への実装にあたり、コストの増大が問題となる。第3の方法においては、振動子へ印加される駆動電圧の変化において、過渡応答時間が長い問題がある。具体的には、例えば2種類の電圧V2、V1(V2>V1)において、電圧の立下り(+V2→+V1)と立ち上がり(−V2→−V1)の時点で、図8に示すように、過渡応答時間の影響が駆動電圧波形に現れる。この問題を解決するためには、専用回路(例えば、Active HV Clamper)などが必要となり、回路規模が増大し、コストの増加を招く問題が発生する。 However, the first to third methods have the following problems. In the first and second methods, the scale of the pulsar circuit is increased. For this reason, an increase in cost becomes a problem in mounting on an ultrasonic diagnostic apparatus as a multi-channel transmission circuit. In the third method, there is a problem that the transient response time is long in the change of the drive voltage applied to the vibrator. Specifically, for example, in two kinds of voltages V2 and V1 (V2> V1), as shown in FIG. 8, at the time of voltage fall (+ V2 → + V1) and rise (−V2 → −V1), as shown in FIG. The effect of response time appears in the drive voltage waveform. In order to solve this problem, a dedicated circuit (for example, Active HV Clamper) or the like is required, which causes a problem that the circuit scale increases and the cost increases.
目的は、デュアル3レベルパルサ回路を用いて5レベルパルサ回路と同等の性能を確保し、超音波画像の画質性能を向上させることが可能な超音波診断装置、デュアル3レベルパルサを制御するためのスイッチング制御プログラムおよびスイッチング制御方法を提供することにある。 The purpose is to use a dual 3-level pulsar circuit to ensure performance equivalent to that of a 5-level pulsar circuit and to improve the image quality of ultrasonic images, and a switching control program for controlling the dual 3-level pulsar. And providing a switching control method.
本実施形態に係る超音波診断装置は、複数の振動子を有する超音波プローブと、前記振動子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、前記振動子を介して前記被検体から超音波エコーを受信する受信部と、前記受信部の出力に基づいて画像データを発生する画像発生部とを具備し、前記送信部は、前記超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生するレートパルス発生部と、前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与える送信遅延部と、前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生するパルサと、前記電圧信号を発生させるために前記パルサを制御するパルサ制御部とを有し、前記パルサは、第1電位とアース電位との電位差を示す第1高電圧と、絶対値が前記第1電位より高い第2電位と前記アース電位との電位差を示す第2高電圧とを発生する高電圧発生部と、前記第1電位と前記第2電位と前記アース電位との間で電位を相互に切り換え可能な複数のスイッチング素子とを有し、前記パルサ制御部は、前記第2電位から前記第1電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるために、前記複数のスイッチング素子を制御すること、を特徴とする。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment includes an ultrasonic probe having a plurality of transducers, a transmission unit that transmits ultrasonic waves to the subject via the transducer, and the subject from the subject via the transducer. A reception unit that receives an ultrasonic echo; and an image generation unit that generates image data based on an output of the reception unit, wherein the transmission unit generates a rate pulse that determines a transmission period of the ultrasonic wave. A rate pulse generator, a transmission delay unit for giving a delay time to the rate pulse for each transducer, and a pulser for generating a voltage signal for driving each transducer in synchronization with the delayed rate pulse. And a pulser controller that controls the pulser to generate the voltage signal, the pulser having a first high voltage indicating a potential difference between a first potential and a ground potential and an absolute value of the first pulse voltage. Higher than potential A high voltage generator that generates a second high voltage indicating a potential difference between two potentials and the ground potential, and a plurality of potentials that can be switched between the first potential, the second potential, and the ground potential. The pulsar control unit controls the plurality of switching elements in order to switch the potential from the second potential to the first potential via the ground potential.
以下、図面を参照しながら本実施形態に係わる超音波診断装置を説明する。なお、以下の説明において、略同一の構成を有する構成要素については、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行う。 The ultrasonic diagnostic apparatus according to this embodiment will be described below with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be given only when necessary.
図1は、本実施形態に係る超音波診断装置1の構成を示す図である。図1に示すように、超音波診断装置1は、超音波プローブ10、装置本体11、モニタ13、入力装置15を有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of an ultrasonic
超音波プローブ10は、圧電セラミックス等の音響/電気可逆的変換素子としての複数の振動子を有する。複数の振動子は並列され、超音波プローブ11の先端に装備される。
The
以下、説明を簡単にするために、一つの振動子が一チャンネルを構成するものとして説明する。複数の振動子は、後述する送信部21の複数のパルサからそれぞれ供給される電圧信号に応答して超音波を発生する。複数の振動子各々は、被検体の生体組織で反射された超音波エコーの受信に応答して、エコー信号を発生する。なお、超音波プローブ11は、複数の振動子を1次元上に配列させた1次元アレイプローブであってもよいし、複数の振動子を2次元上に配列させた2次元アレイプローブであってもよい。
Hereinafter, in order to simplify the description, it is assumed that one vibrator constitutes one channel. The plurality of transducers generate ultrasonic waves in response to voltage signals respectively supplied from a plurality of pulsers of the
装置本体11は、送信部21、受信部23、Bモード処理部25、ドプラ処理部27、画像発生部29、画像合成部31、内部記憶装置33、インターフェース部35、制御プロセッサ(Central Processing Unit:以下、CPUと呼ぶ)37を有する。
The apparatus body 11 includes a
送信部21は、図1には図示していないが、レートパルス発生部、送信遅延部、パルサ制御部、パルサを有する。図2は、送信部21におけるレートパル発生部41、送信遅延部43、パルサ制御部45、一つの振動子47に接続されるパルサ49を、CPU37とともに示す図である。
Although not shown in FIG. 1, the
レートパルス発生部41は、所定のレート周波数frHz(周期:1/fr秒)で、送信超音波を形成するためのレートパルスを繰り返し発生する。発生されたレートパルスは、チャンネル数に分配され、送信遅延部43に送られる。
The
送信遅延部43は、複数のチャンネルごとに、送信超音波をビーム状に収束し、かつ送信指向性を決定するために必要な遅延時間(以下、送信遅延時間と呼ぶ)を、各レートパルスに与える。送信超音波の送信方向または送信遅延時間(以下、送信遅延パターンと呼ぶ)は、後述する内部記憶装置33に記憶される。内部記憶装置33に記憶された送信遅延パターンは、超音波の送信波形のデータ(以下、送信波形と呼ぶ)に従って、後述するCPU37により超音波の送信時に参照される。
The
パルサ制御部45は、送信遅延時間が与えられたレートパルスと、CPU37から読み出された送信波形とに基づいて、後述するパルサ49における複数のスイッチング素子各々を制御するためのスイッチングパルスを発生する。パルサ制御部45は、発生した複数のスイッチングパルスを、複数のスイッチング素子に出力する。以下、説明を具体的にするため、超音波の2方向同時送信を、本実施形態に適用した場合について説明する。なお、2焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイションを、本実施形態に適用してもよい。
The
図3は、パルサ制御部45の構成の一例を示す構成図である。パルサ制御部45は、複数のメモリ(以下、第1メモリ51、第2メモリ53と呼ぶ)と、第1メモリ51、第2メモリ53にそれぞれ接続される第1遅延部55および第2遅延部57と、加算部59と、スイッチングパルス発生部61とを有する。
FIG. 3 is a configuration diagram illustrating an example of the configuration of the
第1、第2メモリ各々は、2方向同時送信において2方向にそれぞれ対応する複数の送信波形を記憶する。例えば、第1メモリ51は、第1の方向に対応する送信波形(以下、第1送信波形と呼ぶ)を記憶する。第2メモリ53は、第2の方向に対応する送信波形(以下、第2送信波形と呼ぶ)を記憶する。記憶される複数の送信波形は、後述するCPU37から出力される。
Each of the first and second memories stores a plurality of transmission waveforms respectively corresponding to two directions in the two-way simultaneous transmission. For example, the
第1遅延部55は、送信遅延部43により送信遅延が与えられたレートパルスに基づいて、第1送信波形を、遅延させる。第2遅延部57は、送信遅延部43により送信遅延が与えられたレートパルスに基づいて、第2送信波形を、遅延させる。遅延された第1、第2送信波形は、後述する加算部59に出力される。
The
加算部59は、遅延された第1、第2送信波形を加算することにより、加算した送信波形(以下、加算送信波形と呼ぶ)を発生する。加算部59は、加算送信波形を、スイッチングパルス発生部61に出力する。
The adder 59 adds the delayed first and second transmission waveforms to generate an added transmission waveform (hereinafter referred to as an addition transmission waveform). Adder 59 outputs the added transmission waveform to switching
スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、後述するパルサ49に出力するための複数のスイッチングパルスを発生する。スイッチングパルス発生部61は、発生した複数のスイッチングパルスを、後述するパルサ49のスイッチング部における複数のスイッチング素子に出力する。
The switching
具体的には、スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、正の第2高電圧から正の第1高電圧に切り替える時点(以下、第1時点と呼ぶ)を特定する。スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、負の第2高電圧から負の第1高電圧に切り替える時点(以下、第2時点と呼ぶ)を特定する。正負の第1高電圧および正負の第2高電圧については後述する。なお、加算送信波形における第1時点と第2時点とは、第1時点と第2時点とにそれぞれ対応する2つの所定の閾値に基づいた判定により特定されてもよい。
Specifically, the switching
第1高電圧とは、アース電位と第1電位との電位差を表す。第1高電圧(±V1)は、正負2種類の極性を有する。正の第1高電圧の絶対値(|+V1|)は、負の第1高電圧の絶対値(|−V1|)に等しい(|+V1|=|−V1|)。第2高電圧とは、アース電位と第1電位との電位差を表す。第2高電圧(±V2)は、正負2種類の極性を有する。正の第2高電圧の絶対値(|+V2|)は、負の第2高電圧の絶対値(|−V2|)に等しい(|+V2|=|−V2|)は等しい。 The first high voltage represents a potential difference between the ground potential and the first potential. The first high voltage (± V1) has two types of positive and negative polarities. The absolute value (| + V1 |) of the positive first high voltage is equal to the absolute value (| −V1 |) of the negative first high voltage (| + V1 | = | −V1 |). The second high voltage represents a potential difference between the ground potential and the first potential. The second high voltage (± V2) has two types of positive and negative polarities. The absolute value (| + V2 |) of the positive second high voltage is equal to the absolute value (| −V2 |) of the negative second high voltage (| + V2 | = | −V2 |).
加えて、第2電位の絶対値は、第1電位の絶対値より大きいものとする。すなわち、第2高電圧(±V2)の絶対値は、第1高電圧(±V1)の絶対値より大きい(|±V2|>|±V1|)。正負の第1高電圧は、後述する高電圧発生部における第1高電圧発生部で発生される。正負の第2高電圧は、後述する高電圧発生部の第2高電圧発生部で発生される。 In addition, the absolute value of the second potential is greater than the absolute value of the first potential. That is, the absolute value of the second high voltage (± V2) is larger than the absolute value of the first high voltage (± V1) (| ± V2 |> | ± V1 |). The positive and negative first high voltage is generated by a first high voltage generator in a high voltage generator described later. The positive and negative second high voltage is generated by a second high voltage generation unit of a high voltage generation unit described later.
スイッチングパルス発生部61は、後述する内部記憶装置33に記憶された第1の所定時間を、内部記憶装置33から読み出す。スイッチングパルス発生部61は、特定した第1時点から第1の所定時間に亘って、第1のグラウンドに接続されたスイッチング素子(以下、第1グラウンドスイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第1グラウンドスイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第1グラウンドスイッチングパルス(以下、G1ENと呼ぶ)を、第1グラウンドスイッチ(以下、GSW1と呼ぶ)に出力する。
The switching
スイッチングパルス発生部61は、後述する内部記憶装置33に記憶された第2の所定時間を、内部記憶装置33から読み出す。スイッチングパルス発生部61は、特定した第2時点から第2の所定時間に亘って、第2のグラウンドに接続されたスイッチング素子(以下、第2グラウンドスイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第2グラウンドスイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第2グラウンドスイッチングパルス(以下、G2ENと呼ぶ)を、第2グラウンドスイッチ(以下、GSW2と呼ぶ)に出力する。なお、第1の所定時間と第2の所定時間とは、同じ時間間隔であってもよい。
The switching
なお、上記説明において、グラウンドに節属されたスイッチング素子の数は2つとしたが、一つであってもよい。スイッチングパルス発生部61は、特定した第1、第2時点からそれぞれ第1、第2の所定時間に亘って、グラウンドに接続されたスイッチング素子をオンにするためのスイッチングパルスを発生する。スイッチングパルス発生部61は、発生したスイッチングパルスを、グラウンドに接続されたスイッチング素子に出力する。
In the above description, the number of switching elements belonging to the ground is two, but may be one. The switching
スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、正の第1高電圧を振動子に印加する時間(以下、第1正電圧印加時間と呼ぶ)を特定する。スイッチングパルス発生部61は、特定した第1正電圧印加時間に亘って、第1高電圧発生部の正側出力に接続されたスイッチング素子(以下、第1正側スイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第1正側スイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第1正側スイッチングパルス(以下、HVP1ENと呼ぶ)を、第1正側スイッチ(以下、PSW1と呼ぶ)に出力する。
The switching
スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、負の第1高電圧を振動子に印加する時間(以下、第1負電圧印加時間と呼ぶ)を特定する。スイッチングパルス発生部61は、特定した第1負電圧印加時間に亘って、第1高電圧発生部の負側出力に接続されたスイッチング素子(以下、第1負側スイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第1負側スイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第1負側スイッチングパルス(以下、HVN1ENと呼ぶ)を、第1負側スイッチ(以下、NSW1と呼ぶ)に出力する。
The switching
スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、正の第2高電圧を振動子に印加する時間(以下、第2正電圧印加時間と呼ぶ)を特定する。スイッチングパルス発生部61は、特定した第2正電圧印加時間に亘って、第2高電圧発生部の正側出力に接続されたスイッチング素子(以下、第2正側スイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第2正側スイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第2正側スイッチングパルス(以下、HVP2ENと呼ぶ)を、第2正側スイッチ(以下、PSW2と呼ぶ)に出力する。
The switching
スイッチングパルス発生部61は、加算送信波形に基づいて、負の第2高電圧を振動子に印加する時間(以下、第2負電圧印加時間と呼ぶ)を特定する。スイッチングパルス発生部61は、特定した第2負電圧印加時間に亘って、第2高電圧発生部の負側出力に接続されたスイッチング素子(以下、第2負側スイッチと呼ぶ)をオンにするためのスイッチングパルス(以下、第2負側スイッチングパルスと呼ぶ)を発生する。スイッチングパルス発生部61は、第2負側スイッチングパルス(以下、HVN2ENと呼ぶ)を、第2負側スイッチ(以下、NSW2と呼ぶ)に出力する。
The switching
パルサ49は、パルサ制御部45からの出力によるスイッチング制御により、振動子47を駆動するための電圧信号を発生する。電圧信号の波形は、加算送信波形に対応する。これにより超音波ビームが被検体に送信される。パルサ49は、出力電圧が3レベルのデュアルパルサとしての機能を有する。図4は、パルサ49の構成の一例を示す図である。パルサ49は、高電圧発生部71とスイッチング部73とを有する。
The
高電圧発生部71は、第1高電圧発生部711と第2高電圧発生部713とを有する。第1高電圧発生部711の正側出力は、PSW1に接続される。第1高電圧発生部711の負側出力は、NSW1に接続される。第2高電圧発生部713の正側出力は、PSW2に接続される。第2高電圧発生部713の負側出力は、NSW2に接続される。GSW1とGSW2とは、グラウンドに接続される。
The high
スイッチング部73は、複数のスイッチング素子(PSW1、PSW2、NSW1、NSW2、GSW1、GSW2)を有する。複数のスイッチング素子各々には、パルサ制御部45で発生されたスイッチングパルスが入力される。具体的には、PSW1のスイッチングは、HVP1ENの入力により制御される。PSW2のスイッチングは、HVP2ENの入力により制御される。NSW1のスイッチングは、HVN1ENの入力により制御される。NSW2のスイッチングは、HVN2ENの入力により制御される。GSW1のスイッチングは、G1ENの入力により制御される。GSW2のスイッチングは、G2ENの入力により制御される。
The switching
図5は、パルサ制御部45のスイッチングパルス発生部61で発生された複数のスイッチングパルスを、パルサ49から出力される電圧信号とともに示す図である。説明を簡単にするために、図5の電圧信号に対応する加算送信波形は、正弦波としている。
FIG. 5 is a diagram showing a plurality of switching pulses generated by the switching
正の第1高電圧P1を時刻t1で第1正電圧印加時間tp1に亘って振動子に印加するために、HVP1ENがPSW1に出力される。正の第2高電圧P2を時刻t2で第2正電圧印加時間tp2に亘って振動子に印加するために、HVP2ENがPSW2に出力される。時刻t3で第1の所定時間tg1に亘って振動子に対する電位をアース電位にするために、G1ENがGSW1に出力される。正の第1高電圧P1を時刻t4で第1正電圧印加時間tp1に亘って振動子に印加するために、HVP1ENがPSW1に出力される。 In order to apply the positive first high voltage P1 to the vibrator at time t1 for the first positive voltage application time tp1, HVP1EN is output to PSW1. In order to apply the positive second high voltage P2 to the vibrator at time t2 for the second positive voltage application time tp2, HVP2EN is output to PSW2. At time t3, G1EN is output to GSW1 in order to set the potential to the vibrator to the ground potential for the first predetermined time tg1. In order to apply the positive first high voltage P1 to the vibrator at time t4 for the first positive voltage application time tp1, HVP1EN is output to PSW1.
負の第1高電圧N1を時刻t5で第1負電圧印加時間tn1に亘って振動子に印加するために、HVN1ENがNSW1に出力される。負の第2高電圧N2を時刻t6で第2負電圧印加時間tn2に亘って振動子に印加するために、HVN2ENがNSW2に出力される。時刻t7で第2の所定時間tg2に亘って振動子に対する電位をアース電位にするために、G2ENがGSW2に出力される。負の第1高電圧N1を時刻t8で第1負電圧印加時間tn1に亘って振動子に印加するために、HVN1ENがNSW1に出力される。 In order to apply the negative first high voltage N1 to the vibrator at time t5 for the first negative voltage application time tn1, HVN1EN is output to NSW1. In order to apply the negative second high voltage N2 to the vibrator at time t6 for the second negative voltage application time tn2, HVN2EN is output to NSW2. At time t7, G2EN is output to GSW2 in order to set the potential of the vibrator to the ground potential for the second predetermined time tg2. In order to apply the negative first high voltage N1 to the vibrator at time t8 for the first negative voltage application time tn1, HVN1EN is output to NSW1.
なお、第1の所定時間tg1と第2の所定時間tg2とは、第1正電圧印加時間tp1、第1負電圧印加時間tn1、第2正電圧印加時間tp2、第2負電圧印加時間tn2より短い時間間隔であってもよい。 The first predetermined time tg1 and the second predetermined time tg2 are based on the first positive voltage application time tp1, the first negative voltage application time tn1, the second positive voltage application time tp2, and the second negative voltage application time tn2. A short time interval may be used.
受信部23は、図示していないプリアンプ、アナログディジタル変換器、受信遅延回路、加算器を有する。プリアンプは、超音波プローブ10を介して取り込まれた被検体からのエコー信号をチャンネル毎に増幅する。アナログディジタル変換器は、増幅したエコー信号を、アナログ信号からディジタル信号に変換する。受信遅延回路は、ディジタル信号に変換されたエコー信号に、受信指向性を決定するために必要な遅延時間を与える。加算器は、受信遅延パターンに従って、ディジタル信号に変換された複数のエコー信号を加算する。この加算により受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送受信の総合的な指向性が決定される(この指向性により、いわゆる「超音波走査線」が決まる)。
The receiving
なお、受信部23は、1回の超音波送信で複数の走査線上に生じたエコー信号を同時に受信する並列受信機能を有していてもよい。
The receiving
Bモード処理部25は、図示していない包絡線検波器、対数変換器を有する。包絡線検波器は、Bモード処理部25への入力信号、即ち、受信部23から出力されたディジタル信号に対して包絡線検波を実行する。対数変換器は、検波信号の振幅を対数変換して弱い信号を相対的に強調する。これらの処理により、Bモード処理部25は、Bモードデータを発生する。Bモード処理部25は、発生したBモードデータを、後述する画像発生部29に出力する。
The B
ドプラ処理部27は、図示していないドプラ信号発生部とカラードプラデータ生成部とを有する。ドプラ信号発生部は、図示していないミキサーと低域通過フィルタ(以下LPF)を有する。ミキサーは、受信部23から出力された信号に、送信周波数と同じ周波数f0を有する基準信号を掛け合わせる。この掛け合わせにより、ドプラ偏移周波数fdの成分の信号と(2f0+fd)の周波数成分を有する信号とが得られる。LPFは、ミキサーからの2種の周波数成分を有する信号のうち、高い周波数成分(2f0+fd)の信号を取り除く。ドプラ信号発生部は、高い周波数成分(2f0+fd)の信号を取り除くことにより、ドプラ偏移周波数fdの成分を有するドプラ信号を発生する。なお、ドプラ信号発生部として、直交検波方式を採用することも可能である。
The
カラードプラデータ生成部は、2チャンネルから構成される図示していないアナログディジタル(以下A/Dと呼ぶ)変換器、速度/分散/Power演算部を有する。A/D変換器は、ドプラ信号発生部のLPFから出力されたドプラ信号、または、直交検波されたアナログ信号をディジタル信号に変換する。速度/分散/Power演算部は、図示していないMTI(Moving Target Indicator)フィルタ、自己相関演算器を有する。 The color Doppler data generation unit has an analog-digital (hereinafter referred to as A / D) converter (not shown) composed of two channels and a speed / dispersion / Power calculation unit. The A / D converter converts the Doppler signal output from the LPF of the Doppler signal generation unit or the analog signal subjected to quadrature detection into a digital signal. The velocity / dispersion / Power calculator includes an MTI (Moving Target Indicator) filter and an autocorrelation calculator (not shown).
MTIフィルタは、A/D変換器から出力されたドプラ信号に対して、臓器の呼吸性移動や拍動性移動などに起因するドプラ成分(クラッタ成分)を除去する。自己相関演算器は、MTIフィルタによって血流情報のみが抽出されたドプラ信号に対して、自己相関値を算出する。自己相関演算器は、算出された自己相関値に基づいて、血流の平均速度値および分散値等を算出する。カラードプラデータ生成部は、複数のドプラ信号に基づく血流の平均速度値や分散値等からカラードプラデータを生成する。以下、ドプラ信号発生部により発生されたドプラ信号とカラードプラデータ生成部で生成されたカラードプラデータとをまとめて、ドプラデータと呼ぶ。ドプラ処理部27は、発生したドプラデータを、画像発生部29に出力する。
The MTI filter removes Doppler components (clutter components) caused by respiratory movement or pulsatile movement of the organ from the Doppler signal output from the A / D converter. The autocorrelation calculator calculates an autocorrelation value for the Doppler signal from which only blood flow information is extracted by the MTI filter. The autocorrelation calculator calculates an average velocity value and a variance value of the blood flow based on the calculated autocorrelation value. The color Doppler data generation unit generates color Doppler data from an average velocity value and a variance value of blood flow based on a plurality of Doppler signals. Hereinafter, the Doppler signal generated by the Doppler signal generator and the color Doppler data generated by the color Doppler data generator are collectively referred to as Doppler data. The
画像発生部29は、図示していないディジタルスキャンコンバータ(Digital Scan Converter:以下DSCと呼ぶ)を有する。画像発生部29は、DSCに対して、座標変換処理(リサンプリング)を実行する。座標変換処理とは、例えば、ローデータからなる超音波スキャンの走査線信号列を、テレビなどに代表される一般的なビデオフォーマットの走査線信号列に変換することである。ここで、ローデータとは、ドプラデータまたはBモードデータのことである。画像発生部29は、座標変換処理に続けて補間処理を、DSCに対して実行する。補間処理とは、隣り合う走査線信号列におけるローデータを用いて、走査線信号列間にデータを補間する処理である。
The
画像発生部29は、ローデータに対して座標変換処理と補間処理とを実行することにより、表示画像としての超音波画像を発生する。なお、画像発生部29は、発生した超音波画像に対応するデータ(以下、画像データと呼ぶ)を記憶する画像メモリを有していてもよい。画像発生部29は、画像データを後述する画像合成部31に出力する。以下、Bモードデータを用いて発生された超音波画像をBモード画像と呼ぶ。また、ドプラデータを用いて発生された超音波画像をドプラ画像と呼ぶ。以下の説明において、Bモード画像およびドプラ画像をまとめて断層像と呼ぶ。
The
画像合成部31は、超音波画像に、種々のパラメータの文字情報および目盛等を合成する。画像合成部31は、合成された超音波画像をモニタ13に出力する。なお、画像合成部31は、図示していないシネメモリに記憶された画像を発生してもよい。この時、シネメモリに記憶された画像は、シネ表示(ループ再生)される。
The
内部記憶装置33は、フォーカス深度の異なる複数の受信遅延パターンおよび複数の送信遅延パターン、送信条件(2方向同時送信、2焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、2部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定など)、本超音波診断装置1の制御プログラム、診断プロトコル等の各種データ群、Bモード処理部25およびドプラ処理部27で発生されたローデータ、画像発生部29で発生された超音波画像などを記憶する。
The
内部記憶装置33は、複数の送信条件にそれぞれ対応する複数の送信波形のデータを記憶する。内部記憶装置33は、第1、第2の所定時間を記憶する。閾値判定により第1、第2時点を特定する場合、内部記憶装置33は、第1時点と第2時点とにそれぞれ対応する2つの所定の閾値を記憶する。なお、内部記憶装置33は、複数の送信条件各々に対して、複数のスイッチング素子にそれぞれ対応する複数のスイッチングパターン(複数のスイッチングパルス)を記憶してもよい。内部記憶装置33は、加算送信波形に関する複数のスイッチングパルスを発生するためのスイッチング制御プログラムなどを記憶してもよい。
The
インターフェース部35は、入力装置15、ネットワーク、図示していない外部記憶装置および生体信号計測部に関するインターフェースである。装置本体11によって得られた超音波画像等のデータおよび解析結果等は、インターフェース部35とネットワークとを介して他の装置に転送可能である。なお、インターフェース部35は、ネットワークを介して、図示していない他の医用画像診断装置で取得された被検体に関する医用画像を、ダウンロードすることも可能である。
The
CPU37は、操作者により入力装置15を介して入力されたBモードとドプラモードとの選択、フレームレート、被走査深度、2方向同時送信、2焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、2部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定などに基づいて、内部記憶装置33に記憶された送信遅延パターン、受信遅延パターンと装置制御プログラムとを読み出し、これらに従って装置本体11を制御する。
The
例えば、CPU37は、入力装置15を介して入力された送信条件に基づいて、第1、第2送信波形を内部記億装置33から読み出す。CPU37は、読み出した第1、第2送信波形を第1、第2メモリに記憶させる。次いで、CPU37は、第1、第2送信波形にそれぞれ対応する送信遅延パターンを内部記憶装置33から読み出す。CPU37は、読み出した送信遅延パターンを送信遅延部43に出力する。
For example, the
なお、CPU37は、内部記憶装置33に記憶されたスイッチング制御プログラムに応じて、パルサ制御部45を制御することも可能である。具体的には、2方向同時送信、2焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、および送信アポダイゼイション、2部位ドプラモードにおけるサンンプリングゲートの設定などの送信条件が入力装置15を介して入力されると、CPU37は、入力された送信条件に応じたスイッチング制御プログラムを、内部記憶装置33から読み出す。CPU37は、読み出したスイッチング制御プログラムを、図示していないメモリ上に展開し、実行する。
The
モニタ13は、画像合成部31の出力に基づいて、Bモード画像およびドプラ画像などの超音波画像などを表示する。なお、モニタ13は、表示された画像に対して、ブライトネス、コントラスト、ダイナミックレンジ、γ補正などの調整を実行してもよい。
The
入力装置15は、インターフェース部35に接続され操作者からの各種指示・命令・情報・選択・設定を装置本体11に取り込む。入力装置15は、図示していないトラックボール、スイッチボタン、マウス、キーボード等の入力デバイスを有する。入力デバイスは、表示画面上に表示されるカーソルの座標を検出し、検出した座標を後述するCPU37に出力する。
The
なお、入力デバイスは、表示画面を覆うように設けられたタッチコマンドスクリーンでもよい。この場合、入力装置15は、電磁誘導式、電磁歪式、感圧式等の座標読み取り原理でタッチ指示された座標を検出し、検出した座標をCPU37に出力する。また、操作者が入力装置15の終了ボタンまたはフリーズボタンを操作すると、超音波の送受信は終了し、装置本体11は一時停止状態となる。
The input device may be a touch command screen provided to cover the display screen. In this case, the
(電圧信号発生機能)
電圧信号発生機能とは、加算送信波形に基づいて、複数のスイッチングパルスを発生し、過渡応答時間を低減させた電圧信号を発生する機能である。以下、電圧信号発生機能に関する処理(以下、電圧信号発生処理と呼ぶ)を説明する。
(Voltage signal generation function)
The voltage signal generation function is a function that generates a plurality of switching pulses based on the added transmission waveform and generates a voltage signal with a reduced transient response time. Hereinafter, processing relating to the voltage signal generation function (hereinafter referred to as voltage signal generation processing) will be described.
図6は、電圧信号を発生する手順を示すフローチャートの一例を示す図である。以下の電圧信号発生処理は、2方向同時送信または2焦点同時送信に対応する説明であるが、疑似ガウシアン送信および送信アポダイゼイションにも適用可能である。 FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a flowchart illustrating a procedure for generating a voltage signal. The following voltage signal generation processing is a description corresponding to two-way simultaneous transmission or two-focus simultaneous transmission, but can also be applied to pseudo-Gaussian transmission and transmission apodization.
入力装置15を介して、超音波の送信条件が入力される。入力された送信条件に基づいて、第1、第2送信波形が内部記憶装置33から読み出される。第1、第2送信波形に従って、内部記憶装置33から送信遅延パターンが読み出される。読み出された送信遅延パターンに従って、レートパルスに送信遅延が付与される送信遅延されたレートパルスに基づいて、第1、第2送信波形に対して、送信遅延が付与される(ステップSa1)。
An ultrasonic transmission condition is input via the
送信遅延が付与された第1、第2送信波形を加算することにより、加算送信波形が発生される(ステップSa2)。加算送信波形に基づいて、第1、第2時点が特定される(ステップSa3)。送信加算波形に基づいて、第1、第2正側印加時間と第1、第2負側印加時間とが特定される。第1、第2の所定時間が内部記憶装置33から読み出される。第1時点と第1の所定時間とに基づいてG1ENが発生され、第2時点と第2の所定時間とに基づいてG2ENが発生される(ステップSa4)。
An added transmission waveform is generated by adding the first and second transmission waveforms to which the transmission delay is added (step Sa2). Based on the added transmission waveform, the first and second time points are identified (step Sa3). Based on the transmission addition waveform, the first and second positive application times and the first and second negative application times are specified. First and second predetermined times are read from the
加算送信波形と第1正電圧印加時間とに基づいてHVP1ENが発生され、加算送信波形と第2正電圧印加時間とに基づいてHVP2ENが発生される(ステップSa5)。加算送信波形と第1負電圧印加時間とに基づいてHVN1ENが発生され、加算送信波形と第2負電圧印加時間とに基づいてHVN2ENが発生される(ステップSa6)。 HVP1EN is generated based on the added transmission waveform and the first positive voltage application time, and HVP2EN is generated based on the added transmission waveform and the second positive voltage application time (step Sa5). HVN1EN is generated based on the added transmission waveform and the first negative voltage application time, and HVN2EN is generated based on the added transmission waveform and the second negative voltage application time (step Sa6).
複数のスイッチングパルス(G1EN、G2EN、HVP1EN、HVP2EN、HVN1EN、HVN2EN)は、それぞれ対応する複数のスイッチング素子に出力される。複数のスイッチングパルスにより、複数のスイッチング素子のスイッチングが制御される(ステップSa7)。スイッチング制御により、加算送信波形に対応する電圧信号が発生される(ステップSa8)。 A plurality of switching pulses (G1EN, G2EN, HVP1EN, HVP2EN, HVN1EN, HVN2EN) are respectively output to the corresponding switching elements. Switching of the plurality of switching elements is controlled by the plurality of switching pulses (step Sa7). A voltage signal corresponding to the added transmission waveform is generated by the switching control (step Sa8).
以上に述べた構成によれば、以下の効果を得ることができる。
本超音波診断装置1によれば、回路規模の小さいデュアル3レベルパルサ回路を用いて、電圧遷移の境界部分において所定時間に亘ってゼロレベルの電圧にする制御を実行することができる。これにより、電圧信号において正の第2高電圧から正の第1高電圧への遷移(+V2→+V1)において、電圧の立下りの過渡応答時間を低減させることができる。加えて、電圧信号において負の第2高電圧から負の第1高電圧への遷移(−V2→−V1)において、電圧の立ち上がりの過渡応答時間を低減させることができる。
According to the configuration described above, the following effects can be obtained.
According to the ultrasonic
これらにより、本超音波診断装置1によれば、5レベルパルサ回路と同程度の性能を得ることができる。すなわち、超音波診断装置によれば、回路規模およびコストを増大させることなく、5レベルパルサ回路と同程度の性能、2方向同時送信、2焦点同時送信、疑似ガウシアン送信、送信アポダイゼイションなどを実行することができる。以上のことから、本超音波診断装置1によれば、超音波画像の画質性能を向上させることができる。
Thus, according to the ultrasonic
加えて、実施形態に係る各機能は、当該処理を実行するプログラムをワークステーション等のコンピュータにインストールし、これらをメモリ上で展開することによっても実現することができる。このとき、コンピュータに当該手法を実行させることのできるプログラムは、磁気ディスク(フロッピー(登録商標)ディスク、ハードディスクなど)、光ディスク(CD−ROM、DVDなど)、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することも可能である。 In addition, each function according to the embodiment can also be realized by installing a program for executing the processing in a computer such as a workstation and developing the program on a memory. At this time, a program capable of causing the computer to execute the method is stored in a storage medium such as a magnetic disk (floppy (registered trademark) disk, hard disk, etc.), an optical disk (CD-ROM, DVD, etc.), or a semiconductor memory. It can also be distributed.
かくして本超音波診断装置1によれば、回路規模およびコストを増大させずに、デュアル3レベルパルサ回路を用いて、5レベルパルサ回路と同等の性能を確保し、超音波画像の画質性能を向上させることが可能な超音波診断装置を提供することができる。
Thus, according to the ultrasonic
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…超音波診断装置、10…超音波プローブ、11…装置本体、13…モニタ、15…入力装置、21…送信部、23…受信部、25…Bモード処理部、27…ドプラ処理部、29…画像発生部、31…画像合成部、33…内部記憶装置、35…インターフェース部、37…制御プロセッサ(CPU)、41…レートパルス発生部、43…送信遅延部、45…パルサ制御部、47…振動子、49…パルサ、51…第1メモリ、53…第2メモリ、55…第1遅延部、57…第2遅延部、59…加算部、61…スイッチングパルス発生部、71…高電圧発生部、73…スイッチング部、711…第1高電圧発生部、712…第2高電圧発生部、GSW1…第1グラウンドスイッチ、GSW2…第2グラウンドスイッチ、PSW1…第1正側スイッチ、NSW1…第1負側スイッチ、PSW2…第2正側スイッチ、NSW2…第2正側スイッチ、G1EN…第1グラウンドスイッチングパルス、G2EN…第2グラウンドスイッチングパルス、HVP1EN…第1正側スイッチングパルス、HVN1EN…第1負側スイッチングパルス、HVP2EN…第2正側スイッチングパルス、HVN2EN…第2負側スイッチングパルス、tp1…第1正電圧印加時間、tp2…第2正電圧印加時間、tg1…第1の所定時間、tn1…第1負電圧印加時間、tn2…第2負電圧印加時間、tg2…第2の所定時間
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記振動子を介して被検体に超音波を送信する送信部と、
前記振動子を介して前記被検体から超音波エコーを受信する受信部と、
前記受信部の出力に基づいて画像データを発生する画像発生部とを具備し、
前記送信部は、前記超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生するレートパルス発生部と、前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与える送信遅延部と、前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生するパルサと、前記電圧信号を発生させるために前記パルサを制御するパルサ制御部とを有し、
前記パルサは、第1電位とアース電位との電位差を示す第1高電圧と、絶対値が前記第1電位より高い第2電位と前記アース電位との電位差を示す第2高電圧とを発生する高電圧発生部と、前記第1電位と前記第2電位と前記アース電位との間で電位を相互に切り換え可能な複数のスイッチング素子とを有し、
前記パルサ制御部は、前記第2電位から前記第1電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるために、前記複数のスイッチング素子を制御すること、
を特徴とする超音波診断装置。 An ultrasonic probe having a plurality of transducers;
A transmitter that transmits ultrasonic waves to the subject via the vibrator;
A receiving unit that receives an ultrasonic echo from the subject via the vibrator;
An image generator that generates image data based on the output of the receiver,
The transmission unit includes a rate pulse generation unit that generates a rate pulse that determines a transmission cycle of the ultrasonic wave, a transmission delay unit that gives a delay time to the transducer for each transducer, and the delayed rate pulse A pulser that generates a voltage signal for driving each of the vibrators in synchronization, and a pulser controller that controls the pulser to generate the voltage signal;
The pulser generates a first high voltage indicating a potential difference between a first potential and a ground potential, and a second high voltage indicating a potential difference between the second potential having an absolute value higher than the first potential and the ground potential. A high voltage generator, and a plurality of switching elements capable of mutually switching the potential between the first potential, the second potential, and the ground potential,
The pulser control unit controls the plurality of switching elements to switch the potential from the second potential to the first potential via the ground potential;
An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by the above.
前記第2電位から前記第1電位へ前記アース電位を経て電位を切り換えるとき、所定時間に亘って、前記アース電位のスイッチングに関するスイッチング素子をオンにすること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 The pulsar control unit
When switching the potential from the second potential to the first potential via the ground potential, turning on a switching element for switching the ground potential for a predetermined time;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記送信遅延部から出力された送信波形データに基づいて、前記スイッチング素子を制御するための複数のスイッチングパルスを発生し、前記発生されたスイッチングパルスを前記スイッチング素子に出力すること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 The pulsar control unit
Generating a plurality of switching pulses for controlling the switching element based on the transmission waveform data output from the transmission delay unit, and outputting the generated switching pulse to the switching element;
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
前記送信遅延部から出力された送信波形データに基づいて、前記第2電位から前記第1電位に切り替える時点を特定し、前記特定された時点から所定時間に亘って、前記アース電位のスイッチングに関するスイッチング素子をオンにすること、
を特徴とする請求項1に記載の超音波診断装置。 The pulsar control unit
Based on transmission waveform data output from the transmission delay unit, a time point for switching from the second potential to the first potential is specified, and switching related to switching of the ground potential is performed for a predetermined time from the specified time point. Turning on the element,
The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1.
超音波の送信周期を決定するレートパルスを発生させるレートパルス発生機能と、
前記レートパルスに振動子毎に遅延時間を付与させる送信遅延機能と、
前記遅延されたレートパルスに同期して、前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生させる電圧信号発生機能と、
前記電圧信号を発生させるために、複数のスイッチング素子を制御するスイッチング制御機能とを実現させ、
前記スイッチング制御機能は、絶対値が第1電位より高い第2電位から前記第1電位へ前記第1、第2電位の基準となるアース電位を経て電位を切り換えるために、前記スイッチング素子を制御すること、
を実現させることを特徴とするスイッチング制御プログラム。 In the computer built in the ultrasonic diagnostic equipment,
A rate pulse generation function for generating a rate pulse that determines the ultrasonic transmission period;
A transmission delay function for giving a delay time to each transducer in the rate pulse;
A voltage signal generation function for generating a voltage signal for driving each of the vibrators in synchronization with the delayed rate pulse;
A switching control function for controlling a plurality of switching elements to generate the voltage signal;
The switching control function controls the switching element to switch the potential from a second potential whose absolute value is higher than the first potential to the first potential via a ground potential serving as a reference for the first and second potentials. about,
A switching control program characterized by realizing the above.
前記レートパルスに前記振動子毎に遅延時間を与えることと、
前記遅延されたレートパルスに同期して前記振動子各々を駆動するための電圧信号を発生することと、
前記電圧信号を発生させるために、複数のスイッチング素子を制御することとを具備し、
前記スイッチング素子を制御することは、絶対値が第1電位より高い第2電位から前記第1電位へ前記第1、第2電位の基準となるアース電位を経て電位を切り換えるために、前記スイッチング素子を制御すること、
を特徴とするスイッチング制御方法。 Generating a rate pulse that determines the ultrasound transmission period;
Giving the rate pulse a delay time for each transducer;
Generating a voltage signal for driving each of the vibrators in synchronization with the delayed rate pulse;
Controlling a plurality of switching elements to generate the voltage signal,
The switching element controls the switching element in order to switch the potential from the second potential whose absolute value is higher than the first potential to the first potential via the ground potential serving as a reference for the first and second potentials. To control,
A switching control method characterized by the above.
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